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精英家教网如图所示,一辆长L=2m、高h=0.8m、质量为M=12kg的平顶车,车顶面光滑,车与水平长直路面间的动摩擦因数μ=0.3,车在路面上无动力的滑行,当车速为v0=7m/s时,把一个质量为m=1kg的物块(视为质点)轻轻放在车顶的前端.从物块放上车开始计时,求
(1)物块经过多长时间着地?
(2)经过3s时间,物块离车前端多远?(物块着地后不再反弹,取g=10m/s2,计算结果保留2位有效数字)
分析:由于m与M无摩擦,所以开始物块m在车上静止,离开车后做自由落体运动,物块经历的时间为小车匀减速运动L的时间与物块自由落体运动的时间之和;
物块离车前端的距离为车长加上物块自由落体时间内前进的距离.
解答:解:由于m与M无摩擦,所以开始物块m在车上静止,离开车后做自由落体运动,
放上m后地面对M的摩擦力F1=μ(m+M)g,则M的加速度
a1═μg(1+
m
M
)=3.25 m/s2
m离开M前,M做减速运动,位移s1=L,设m即将落地时车速度为v,则由运动学公式
v02-v2=2a1L,得v═6 m/s
物块m下落时间t=
2h
g
=s=0.4 s
物块在车上的时间为:t′=
7-6
3.25
≈0.31s
则从物块放上车开始计时至落地的时间t=t+t′=0.71s
m离开M后,M的加速度a2═μg=3 m/s2
在0.4 s内车前进的距离s2=v t-
1
2
a2t2=2.16 m
所以,物体落地点离车前端距离s=s2+L=2.16 m+2 m=4.16 m
答:(1)物块经过0.71s着地;
(2)经过3s时间,物块离车前端4.16m.
点评:本题考查牛顿第二定律与运动学公式的综合运用问题,关键是注意滑块滑落前后小车加速度大小的变化情况.
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